EP0007612A1 - Dispositif de régulation de la température d'un local chauffé par pompe à chaleur - Google Patents
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- EP0007612A1 EP0007612A1 EP79102609A EP79102609A EP0007612A1 EP 0007612 A1 EP0007612 A1 EP 0007612A1 EP 79102609 A EP79102609 A EP 79102609A EP 79102609 A EP79102609 A EP 79102609A EP 0007612 A1 EP0007612 A1 EP 0007612A1
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- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
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- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
Definitions
- the present invention relates to a device for regulating the temperature of a room heated mainly by a heat pump but having an auxiliary heating device.
- the heat pump is a Peltier element pump crossed by an electric current Ip and that the variation in the intensity of this current causes correlative variations in the quantity of heat supplied by the pump.
- the auxiliary heating comprises an electric circuit traversed by an electric current I R whose variations cause variations in the same direction of the quantity of heat supplied by the auxiliary heating.
- This current I. may be the current flowing through electric heaters, and this is the example that will be chosen later. However, it may alternatively be the supply current of a pump delivering liquid fuel into an oil heating booster or the like.
- An object of the invention is to provide an adjustment of the temperature of a room avoiding the oscillations of the temperature of the room around the set temperature, but on the contrary making it possible to reach this temperature without jerky operation of the heat pump.
- Another object of the invention is to adjust the temperature of the room which takes into account the temperature of the heat pump fluid which borrows calories from the cold source.
- This fluid will be designated below by the terms exchanger fluid.
- the exchanger fluid is generally water provided with antifreeze most often. However, it is dangerous to allow the temperature of this water to drop below zero degrees due to the risk of icing of the exchanger.
- the regulating device according to the invention therefore provides for a conventional operation of reducing the current Ip in the pump when the temperature ⁇ of the water drops below a given value ⁇ 1 + ⁇ 1 , ⁇ 1 being close to the freezing temperature (1 degree Celsius for example) and ⁇ 1 being a few degrees.
- the decrease in the current Ip causes a decrease in the amount of heat taken by the water from the cold source and, therefore, makes it possible to stabilize the temperature of this water.
- the pump current is canceled.
- the pump current is a function f 1 ( ⁇ ).
- the device is also arranged so as to decrease the current of the pump when the temperature t of the room reaches a value close to the set temperature t of the room.
- This temperature from which the pump current decreases is equal to t 1 - ⁇ t 1 .
- the pump current is completely canceled when the room temperature reaches the value t 1 .
- the device provides, in a known manner, for giving the current in the pump the lower of the two values corresponding, on the one hand to the value ⁇ of the current temperature of the exchange fluid of the on the other hand at the current room temperature t.
- the device provides, in a known manner, for decreasing the intensity of the backup heater current when the room temperature reaches a value t 1 - ⁇ t 2 and for completely canceling this intensity when the value reached is equal to t i - ( ⁇ t 2 - ⁇ 3 ), with ( ⁇ t 2 above ⁇ t 3 4.
- ⁇ t 1 , ⁇ t 2 and ⁇ t 3 are intervals of a few degrees.
- the subject of the invention is therefore a device for regulating the temperature t of a room heated by means of a heat pump operating with an exchange fluid at a temperature ⁇ whose value must not be lowered below a temperature ⁇ 1 , and by means of an auxiliary heating, t, being the temperature of the room which it is desired to reach, the device comprising first means for limiting the intensity of the current of the pump to heat at the lower of two values, the first determined by an increasing function f 1 of ⁇ when ⁇ is between ⁇ 1 and ( ⁇ 1 + ⁇ 1 ), ⁇ 1 being a given and constant temperature interval of a few degrees, the second determined by a decreasing function f 2 of t when t is between a temperature t 1 - ⁇ t 1 , ⁇ t 1 being a given and constant temperature interval of a few degrees, and the temperature t 1 where said intensity is canceled out, and the device comprising second means for varying the intensity ity of the backup heater current according to a decreasing function of t when t is between
- the interval ⁇ t 3 is chosen to be constant. In this way, the rate of decrease in the intensity of the auxiliary heating is the same, regardless of the value of the temperature from which this decrease occurred. A first factor is thus obtained favorable to a smooth regulation.
- the interval2 is chosen so that it is an increasing function of the pump current.
- the information of this circuit 100 is sent on the one hand to a circuit 200 for regulating the current I R of the auxiliary heating, on the other hand to a circuit 300 for regulating the current I P of the heat pump, the references 400 and 500 designate the auxiliary heating and the heat pump respectively.
- the rectangle 600 symbolizes the circuit for measuring the temperature of the heat pump exchange fluid; the information of this circuit is transmitted both to the circuit 200 for regulating the current I R of the backup heater and to the circuit 300 for regulating the current Ip of the heat pump.
- the thick line curve represents the current I P in the pump.
- This current is regulated by means of, on the one hand, information relating to the temperature ⁇ of the exchange fluid, on the other hand, information relating to the temperature t of the room.
- the value of the temperature at which this decrease occurs is t 1 - ⁇ t 1 ; t 1 can for example be equal to 20 ° C and ⁇ t 1 equal to 2 ° C.
- the current I P of the pump has a constant value I P (max) chosen so as to ensure the best functioning of the pump. This value is provided by the pump manufacturer.
- the diagram also represents, in part 2b, the variations I R of the backup heating current.
- ⁇ t 3 constant. It can be for example 1 ° C.
- ⁇ t 2 is a function of the current of the heat pump, in other words, the temperature of the room from which one begins to decrease the current I R that is ie the temperature t 1 - ⁇ t 2 is a decreasing function of the current in the pump.
- This measure makes it possible to regulate by using the heating of the pump as much as possible and saves the more expensive auxiliary heating.
- FIG. 3 represents an electronic embodiment of the device according to the invention.
- the reference TR designates a transformer supplied by the sector d, e; across the two secondary terminals are connected two rectifiers 1 and 2 respectively.
- the two secondaries are necessary to electrically decouple, as will be seen below, the power circuit of the auxiliary heating and the regulation circuit.
- One of the outputs of rectifier 1 is connected to ground.
- the other output is connected through a diode D1 to an input of a current regulation circuit 3, the output of which leads to a positive terminal + which therefore supplies a regulated current.
- a terminal a is directly connected to rectifier 1.
- Rectifier 2 the voltage of which is regulated by a capacitor C1 has its outputs connected respectively to terminals b and c.
- These two rectifiers respectively supply the circuits for regulating the current of the heat pump and for controlling the start-up of the booster heater.
- a series of 10 silicon diodes 4 serves as a probe for measuring the temperature of the room to be heated.
- the diodes are in relation on one side with the + terminal and on the other, through a resistor R2 with the ground. Their voltage is transmitted by a resistor R5 to an input of a differential amplifier A1.
- the other input of amplifier A1 is connected to the cursor of a potentiometer P1 which is part of a divider as well as resistors R3 and R4, said divider being connected between the + terminal and ground.
- the potentiometer is used to set the value of the setpoint temperature t 1 of the room to be heated. This is why its cursor is accessible to the user and graduated in degrees.
- This information is transmitted to an input of an amplifier A3 through a resistor R13.
- a potentiometer P2 and a resistor R14.
- the cursor of the potentiometer P2 is connected to the base of an npn transistor T1.
- the emitter of transistor T1 is connected to terminal + by a resistor R15 and to the cathode of a Zener diode DZ, the anode of which is connected to ground.
- the collector of transistor T1 is connected to the common point of resistor R13 and amplifier A3.
- Amplifier A3 is supplied between terminal + and ground. Its output is connected to a circuit 7 which supplies a switching power supply to the heat pump 8 through the terminals f and g, the circuit 7 itself being supplied by the sector d, e.
- a shunt resistor 5 is inserted between the terminals f and g so that the supply current of the pump 8 passes through it.
- One of the terminals of the shunt 5 is connected to the common point of two resistors R7 and R8 which, with a resistor R9 form a voltage divider between the + terminal and the ground.
- the other shunt terminal 5 is connected to an input of an operational amplifier A2.
- the second amp input ficitor A2 is connected to the cursor of a potentiometer P3 which forms with the resistors R10, R11 and R9 another voltage divider between the + terminal and the ground.
- the output of amplifier A2 is connected to the second input of amplifier A3.
- a second series of silicon diodes 6 is related to the heat pump fluid to determine its temperature.
- A5 It is located between terminal + and earth via a resistor R16 and its voltage is transmitted via a resistor R19 to an input of an amplifier A5.
- the second input of the amplifier A5 is connected to the cursor of a potentiometer P4 which forms with resistors R17 and R18 a voltage divider between the + terminal and the ground.
- a resistor R20 between the common point of the resistor R19 and of the amplifier A5 on the one hand and the output of the amplifier A5 on the other hand, as well as the power sockets of A5 at the + terminal and at the ground complete the circuits of amplifier A5.
- the output of amplifier A5 is connected through a diode D3 to the input of amplifier A3 also connected to the output of amplifier A1.
- the command issued by the output of amplifier A3 determines the value of the current which actuates the heat pump. This value depends on the one hand on the information provided by the amplifier A1 which is proportional to the difference between the voltage of the diodes 4, therefore the temperature of the room to be heated and the voltage taken from the potentiometer P1 which corresponds to the temperature set point for the room.
- the Zener diode DZ fixes a voltage which, when it is reached at the base of the transistor T1 makes it conductive and limits the voltage supplied to the input of A3. So we fix a maximum value of the heat pump supply current.
- the difference between the voltage of the diodes 6 which corresponds to the temperature of the pump fluid and the voltage taken from the potentiometer P4 makes the current supplied to the pump proportional to the difference between the temperature of the pump fluid and the setpoint set by the cursor position of P4.
- the pump current decreases when the temperature of the fluid decreases.
- This resistance is represented at 16, supplied with 220 volts alternating at the terminals d and e, through a triac 15.
- the triac 15 control electrode is connected to a terminal of a resistor R34 whose other terminal is connected to on the one hand to a terminal of a resistor R35 and on the other hand to the emitter of a pnp transistor T4.
- the collector of T4 is connected to terminal c and its base is connected to the other terminal of resistor R35.
- This other terminal of the resistor R35 is connected to the collector of a phototransistor npn T5 whose emitter is connected to the terminal c.
- Terminal b is connected to an electrode of the triac 15.
- Phototransistor T5 receives light from a light-emitting diode 14 whose cathode is connected to ground and whose anode receives through a resistor R33 the current from three NAND gates 11, 12 and 13 mounted as inverters, the inputs receive a signal from a fourth NAND gate 10.
- One of the inputs of gate 10 is connected on the one hand to the + terminal by a resistor R32 and on the other hand to the collector of an npn transistor T3 whose collector is connected to ground and the base is connected to terminal a via a resistor R31.
- the other input of door 10 receives a signal from an operational amplifier A6, one of the inputs of which is connected to the amplifier output A4.
- One of the inputs of amplifier A4 is connected to the output of amplifier A1 and receives therefore a signal proportional to the difference between the temperature of the room to be heated and the setpoint for this temperature.
- the other input of amplifier A4 is connected via a resistor R24 to the common point of two resistors R22 and R23 in series between the + terminal and ground.
- the common point of resistors R22 and R23 is also connected through a resistor R21 to the anode of a diode D4 whose cathode is connected to the cathode of diode D3.
- the second input of amplifier A6 is connected to the anode of a diode D5, the cathode of which is connected to the trigger of a programmable unijunction transistor (TUP) 9.
- the cathode of TUP 9 is grounded through a resistor R28 and its anode is connected to the common point of two resistors R29 and R30 in series between the + terminal and the ground.
- the second input of amplifier A6 is connected to the collector of a pnp transistor T2 which is further connected to ground through a capacitor C4.
- the emitter of transistor T2 is connected to terminal + via a resistor R27. Its base is connected to the common point of two resistors R25 and 26 in series between the + terminal and the ground.
- the signal delivered by A4 depends on the deviation of the ambient temperature in relation to the set value given by potentiometer P1 since it depends on the value of the output signal from amplifier A1. This value is compared with the voltage of the divider R22 R23 which introduces a given offset with respect to the room temperature setpoint given by the potentiometer P1.
- the resistor 16 will therefore be put into service or stopped at a room temperature which differs from the set point for starting or stopping the heat pump 5 by an amount which is fixed as long as only the resistors R22 and R23 intervene to fix the voltage supplied to the amplifier A4.
- the signal at the output of A4 will then vary continuously according to the difference between the ambient temperature and the set value given by the potentiometer P1, since this is how the signal at the output of the amplifier A1 varies. .
- the temperature of the pump fluid, determined by the diodes 6, is such that the signal leaving the amplifier A5 drops
- the reference voltage supplied to the amplifier A4 is modified by the diode D4 and the resistor R21, and the temperature at which the heating element is stopped or put into service is modified accordingly, to reduce the deviation from the ambient temperature and the set temperature when the fluid works at the minimum temperature, for example in periods of extreme cold .
- the offset of the various curves I Rn is obtained by the circuit of the amplifier A4 receiving the information from the amplifier A5 (temperature of the fluid) and from the amplifier A1 (room temperature).
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un dispositif de régulation de la température d'un local chauffé principalement par une pompe à chaleur mais disposant d'un dispositif de chauffage d'appoint.
- Dans ce qui suit, on admettra pour la commodité de l'exposé, que la pompe à chaleur est une pompe à éléments Peltier traversés par un courant électrique Ip et que la variation de l'intensité de ce courant entraîne des variations corrélatives de la quantité de chaleur fournie par la pompe.
- Il est clair que l'utilisation de tout autre type de pompe entre dans le cadre de la présente invention. Il suffit qu'il existe dans le circuit de cette pompe un circuit électrique dont le réglage du courant provoque le réglage du débit de chaleur de la pompe.
- De même, on admettra que le chauffage d'appoint comprend un circuit électrique traversé par un courant électrique IR dont les variations entraînent des variations dans le même sens de la quantité de chaleur fournie par le chauffage d'appoint. Ce courant I. peut être le courant qui traverse des radiateurs électriques, et c'est l'exemple qui sera choisi dans la suite. Mais ce peut être en variante le courant d'alimentation d'une pompe débitant un combustible liquide dans un chauffaga d'appoint à mazout ou analogue.
- Un but de l'invention est de réaliser un réglage de la température d'un local évitant les oscillations de la température du local autour de la température de consigne, mais permettant au contraire d'atteindre cette température sans à-coups de fonctionnement de la pompe à chaleur.
- Un autre but de l'invention est de réaliser un réglage de la température du local qui tienne compte de la température du fluide de la pompe à chaleur qui emprunte des calories à la source froide. Ce fluide sera désigné à la suite par les termes fluide échangeur.
- Dans une pompe à effet Peltier, le fluide échangeur est généralement de l'eau munie d'antigel le plus souvent. Il est cependant dangereux de laisser descendre la température de cette eau en dessous de zéro degré en raison des risques de givrage de l'échangeur. Aussi le dispositif de régulation selon l'invention prévoit-il une opération classique de diminution du courant Ip dans la pompe lorsque la température θ de l'eau descend au dessous d'une valeur donnée θ1 + δθ1, θ1 étant proche de la température de gel (1 degré Celsius par exemple) et δθ1 étant de quelques degrés.
- La diminution du courant Ip provoque une diminution de la quantité de chaleur empruntée par l'eau à la source froide et, de ce fait, permet de stabiliser la température de cette eau. A la limite θ1, le courant de la pompe est annulé. Dans l'intervalle θ1,θ1 + d θ1, le courant de la pompe est une fonction f1(θ).
- Le dispositif est agencé également de manière à faire diminuer le courant de la pompe lorsque la température t du local atteint une valeur proche de la température t de consigne du local.
- Cette température à partir de laquelle le courant de la pompe diminue est égale à t1 - δt1. Le courant de la pompe est complètement annulé lorsque la température du local atteint la valeur t1.
- Pour assurer une stabilité de la régulation, le dispositif prévoit, de manière connue, de donner au courant dans la pompe la plus basse des deux valeurs correspondant, d'une part à la valeur θ de la température actuelle du fluide d'échange de la pompe, d'autre part à la température actuelle t du local.
- Le dispositif prévoit, de manière connue, de diminuer l'intensité du courant du chauffage d'appoint lorsque la température du local atteint une valeur t1-δt2 et d'annuler complètement cette intensité lorsque la valeur atteinte est égale à ti - (δt2 - δ3) , avec (δt2 aupérieur àδt34.
- Dans ce qui précède δt1, δt2 et δt3 sont des intervalles de quelques degrés.
- L'invention a donc pour objet un dispositif de régulation de la température t d'un local chauffé au moyen d'une pompe à chaleur fonctionnant avec un fluide d'échange à une température θ dont la valeur ne doit pas s'abaisser au-dessous d'une température θ1, et au moyen d'un chauffage d'appoint, t, étant la température du local que l'on désire atteindre, le dispositif comprenant des premiers moyens pour limiter l'intensité du courant de la pompe à chaleur à la plus basse de deux valeurs, la première déterminée par une fonction croissante f1 de θ lorsque θ est compris entre θ1 et (θ1 + δθ1),δθ1 étant un intervalle donné et constant de température de quelques degrés, la seconde déterminée par une fonction f2 décroissante de t lorsque t est compris entre une température t1 - δt1,δt1 étant un intervalle donné et constant de température de quelques degrés, et la température t1 où ladite intensité s'annule, et le dispositif comprenant des seconds moyens pour faire varier l'intensité du courant du chauffage d'appoint selon une fonction décroissante de t lorsque t est compris entre t1 -δt2 et t1 - (δt2 -δt3), δt2 et δt3 étant des intervalles donnés de température de quelques degrés et δt2 - δt3 étant toujours positif, et annuler l'intensité du chauffage d'appoint lorsque la valeur t1 - (δt2 - δt3) de t est atteinte, caractérisé par le fait que δt3 est constant et des troisièmes moyens sont prévus pour faire varier la valeur de l'intervalle δ t en fonction de l'intensité du courant de la pompe à chaleur quand celle-ci travaille dans la zone de limitation d'intensité par la température du fluide.
- Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'intervalle t1-(δt2-δt3) est choisi de telle sorte qu'à chaque valeur θ de la température, l'égalité f1(θ) = f2(t1-(δt2 δt3)) soit vérifiée. Grâce à quoi le courant IP reste à sa valeur maximale permise par la température θ tant que le courant IR n'est pas nul et commence à décroitre en fonction de t lorsque IR s'annule.
- Selon l'invention, l'intervalle δt3 est choisi constant. De la sorte, le taux de décroissance de l'intensité du chauffage d'appoint est le même, quelle que soit la valeur de la température à partir de laquelle cette décroissance est intervenue. On obtient ainsi un premier facteur favorable à une régulation sans à-coups.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, on choisit l'intervalledt2 de manière qu'il soit une fonction croissante du courant de la pompe.
- On choisit de préférence une valeur t1-(δt2-δt3) telle qu'elle corresponde, pour une valeur donnée θo de la température du fluide donc d'échange, à deux valeurs égales du courant de la pompe f1(θo) = f2(t1-(δt2 -δt3)).
- Enfin, il est simple, donc avantageux, de choisir des fonctions f1 et f2 linéaires.
- L'invention sera bien comprise par les explications données ci-après en référence au dessin annexé dans lequel :
- - la figure 1 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention,
- - les figures 2a et 2b montrent deux diagrammes concernant le fonctionnement du dispositif selon la figure 1,
- - la figure 3 est un schéma électrique d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
- Dans la figure 1, le rectangle 100 symbolise le circuit de mesure de la température du local.
- L'information de ce circuit 100 est adressée d'une part à un circuit 200 de régulation du courant IR du chauffage d'appoint, d'autre part à un circuit 300 de régulation du courant IP de la pompe à chaleur, les références 400 et 500 désignent respectivement le chauffage d'appoint et la pompe à chaleur. Le rectangle 600 symbolise le circuit de mesure de la température du fluide d'échange de la pompe à chaleur ; l'information de ce circuit est transmise à la fois au circuit 200 de régulation du courant IR du chauffage d'appoint et au circuit 300 de régulation du courant Ip de la pompe à chaleur.
- Les diagrammes de la figure 2 permettent d'expliciter l'invention.
- On trouve, en abscisses la température θ du fluide d'échange de la pompe (figure 2a) et la température t du local (figure 2b), exprimées en degrés Celsius.
- La courbe en trait épais représente le courant IP dans la pompe.
- Ce courant est régulé au moyen d'une part de l'information relative à la température θ du fluide d'échange, d'autre part de l'information relative à la température t du local.
- La valeur du courant IP est soumise à deux contraintes :
- - d'une part,il doit diminuer lorsque la température du fluide d'échange descend au-dessous d'une valeur donnée θ1+δθ1, pour éviter, comme on l'a vu les risques de givrage et de gel.
- A titre d'exemple, θ1 peut être égal à 10C et δθ1 à 4°C. Le diagramme représente la courbe de la fonction IP = f1(θ) entre θ1 et θ1+δθ1, fonction croissante qui peut être une droite, comme il est représenté dans la figure 2,
- - d'autre part, le courant IP dans la pompe doit diminuer à l'approche de la valeur de consigne t1 de la température à maintenir dans le local. Ceci permet une approche sans à-coups de la température de consigne.
- La valeur de la température à laquelle cette décroissance intervient est t1-δt1 ; t1 peut par exemple être égal à 20°C et δt1 égal à 2°C. Le diagramme représente la courbe de la fonction IP = f2(t) entre t1 et t1-δt1, fonction décroissante qui peut être une droite, comme illustré dans la figure 2.
- En dehors des zones limites correspondant aux fonctions f1 et f2, le courant IP de la pompe a une valeur constante IP (max) choisie de manière à assurer le meilleur fonctionnement de la pompe. Cette valeur est fournie par le constructeur de la pompe.
- Le diagramme représente également, dans la partie 2b les variations IR du courant de chauffage d'appoint.
- Pour obtenir une régulation sans à-coup, on prévoit d'utiliser le chauffage d'appoint de la manière suivante :
- a) la valeur du courant IR de chauffage d'appoint est maintenue constante, lorsque la température du local est inférieure à une valeur t1-δt2)
- b) il s'annul lorsque la température du local est égale ou supérieure à une valeur t1-(δt2-δt3), avec δt2-δt3 toujours positif,
- c) il suit une courbe décroissante, pouvant être une droite comme il a été représenté, entre les deux valeurs précitées de la température du local.
- On choisit δt3 constant. Ce peut être par exemple 1°C.
- Mais selon une caractéristique de l'invention, on fait en sorte que δt2 soit une fonction du courant de la pompe à chaleur, autrement dit, la température du local à partir de laquelle on commence à diminuer le courant IR c'est-à-dire la température t1 - δ t2 est une fonction décroissante du courant dans la pompe.
- Cette mesure permet de réguler en utilisant au maximum le chauffage de la pompe et économise le chauffage d'appoint plus cher.
- Comme on a choisi δt3 constant, ceci revient à avoir un réseau de courbes IR (de droites IR dans le cas de décroissance linéaire comme dans l'hypothèse du diagramme) qui sont parallèles les unes aux autres, entre une courbe extrême IRG à gauche du diagramme correspondant à θ = θ1 + δθ1 et une courbe extrême IRD à droite correspondant à θ = θ1. Ce réseau de courbes est tel qu'on ait, comme on a vu, pour toutes les valeurs de θ comprises dans l'intervalle θ1, θ1 + δ θ1, l'égalité f1 (θ) = f2 (t1 - (δt2 - δt3)) :
- Lorsque θ = θ1 les deux membres de cette égalité prennent la valeur 0 = f2 (t1), d'où t1 - (δt2 - δt3) = t1 et δt2 = δt3 le courant IR décroît alors selon la courbe IRD depuis la température t1 - δ t3 jusqu'à la température t1 ;
- Lorsque θ = θ1 + δθ1,les deux membres de cette égalité prennent la valeur Ip (max) = f2 (t1- δt1) d'où δt2 = δt1 + δt2, le courant IR décroît alors selon la courbe I RG de t1- δt1- δt3 à t1- δt1 ;
- et lorsque θ présente une valeur intermédiaire θn, correspondant à un courant de pompe IPn = f2(tn), IR décroît selon une courbe intermédiaire de tn - δ t3 à tn. n
- La figure 3 représente un schéma de réalisation électronique du dispositif selon l'invention.
- Dans la figure 3, la référence TR désigne un transformateur alimenté par le secteur d,e ; aux bornes des deux secondaires sont connectés deux redresseurs 1 et 2 respectivement.
- Les deux secondaires sont nécessaires pour découpler électriquement, comme on le verra plus loin, le circuit de puissance du chauffage d'appoint et le circuit de régulation.
- L'une des sorties du redresseur 1 est connectée à la masse. L'autre sortie est connectée à travers une diode D1 à une entrée d'un circuit de régulation de courant 3 dont la sortie aboutit à une borne positive + qui fournit donc un courant régulé.
- Des condensateurs C2 et C3 de part et d'autre du circuit 3 et une résistance R1 régularisent la tension à la sortie de redresseur 1. Une borne a est directement reliée au redresseur 1.
- Le redresseur 2 dont la tension est régularisée par un condensateur C1 a ses sorties connectées respectivement à des bornes b et c.
- Ces deux redresseurs alimentent respectivement les circuits de régulation du courant de la pompe à chaleur et de commande de mise en service de la résistance d'appoint.
- Une série de 10 diodes au silicium 4 sert de sonde pour mesurer la température du local à réchauffer. Les diodes sont en relation d'un côté avec la borne + et de l'autre, à travers une résistance R2 avec la masse. Leur tension est transmise par une résistance R5 à une entrée d'un amplificateur différentiel A1. L'autre entrée de l'amplificateur A1 est reliée au curseur d'un potentiomètre P1 qui fait partie d'un diviseur ainsi que des résistances R3 et R4, ledit diviseur étant connecté entre la borne + et la masse. Comme on le verra, le potentiomètre sert à fixer la valeur de la température t1 de consigne du local à chauffer. C'est pourquoi son curseur est accessible à l'utilisateur et gradué en degrés. Une résistance R6 entre la résistance R5 et la sortie de l'amplificateur A1, et les prises d'alimentation de A1 à la borne + et à la masse, complètent les circuits de l'amplificateur A1. La tension des diodes 4 qui correspond à la température du local et celle du diviseur fixée par la position du curseur du potentiomètre P1 qui correspond à la température de consigne du local, sont donc comparées par l'amplificateur A1.
- Cette information est transmise à une entrée d'un amplificateur A3 à travers une résistance R13. Entre le point commun de la résistance R13 et de l'amplificateur A3 d'une part et la masse d'autre part sont connectés un potentiomètre P2 et une résistance R14. Le curseur du potentiomètre P2 est connecté à la base d'un transistor npn T1. L'émetteur du transistor T1 est connecté à la borne + par une résistance R15 et à la cathode d'une diode de Zéner DZ, dont l'anode est connectée à la masse. Le collecteur du transistor T1 est connecté au point commun de la résistance R13 et de l'amplificateur A3. L'amplificateur A3 est alimenté entre la borne + et la masse. Sa sortie est connectée à un circuit 7 qui fournit une alimentation à découpage à la pompe à chaleur 8 à travers les bornes f et g, le circuit 7 étant lui-même alimenté par le secteur d,e.
- Une résistance shunt 5 est insérée entre les bornes f et g de telle sorte qu'elle est traversée par le courant d'alimen- a tation de la pompe 8.
- Une des bornes du shunt 5 est connectée au point commun de deux résistances R7 et R8 qui, avec une résistance R9 forment un diviseur de tension entre la borne + et la masse.
- L'autre borne de shunt 5 est reliée à une entrée d'un amplificateur opérationnel A2. La seconde entrée de l'amplificateur A2 est reliée au curseur d'un potentiomètre P3 qui forme avec les résistances R10, R11 et R9 un autre diviseur de tension entre la borne + et la masse. Les prises d'alimentation entre la borne et la masse, et une résistance R12 entre le point commun du shunt 5 et de l'entrée de l'amplificateur d'une part et la sortie de l'amplificateur A2 d'autre part, complètent les circuits de cet amplificateur. La sortie de l'amplificateur A2 est reliée à la seconde entrée de l'amplificateur A3.
- Une seconde série de diodes au silicium 6 est en relation avec le fluide de la pompe à chaleur pour déterminer sa température.
- Elle est située entre la borne + et la masse par l'intermédiaire d'une résistance R16 et sa tension est transmise par l'intermédiaire d'une résistance R19 à une entrée d'un amplificateur A5. La seconde entrée de l'amplificateur A5 est connectée au curseur d'un potentiomètre P4 qui forme avec des résistances R17 et R18 un diviseur de tension entre la borne + et la masse. Une résistance R20 entre le point commun de la résistance R19 et de l'amplificateur A5 d'une part et la sortie de l'amplificateur A5 d'autre part, ainsi que les prises d'alimentation de A5 à la borne + et à la masse complètent les circuits de l'amplificateur A5.
- La sortie de l'amplificateur A5 est connectée à travers une diode D3 à l'entrée de l'amplificateur A3 également connectée à la sortie de l'amplificateur A1.
- La commande délivrée par la sortie de l'amplificateur A3 détermine la valeur du courant qui actionne la pompe à chaleur. Cette valeur dépend d'une part de l'information fournie par l'amplificateur A1 qui est proportionnelle à la différence entre la tension des diodes 4, donc la température du local à chauffer et la tension prélevée sur le potentiomètre P1 qui correspond à la température de consigne pour le local. Cependant la diode de Zener DZ fixe une tension qui, lorsqu'elle est atteinte à la base du transistor T1 rend celui-ci conducteur et limite la tension fournie à l'entrée de A3. On fixe ainsi une valeur maximale du courant d'alimentation de la pompe à chaleur. De même, la différence entre la tension des diodes 6 qui correspond à la température du fluide de la pompe et la tension prélevée sur le potentiomètre P4 rend le courant fourni à la pompe proportionnel à la différence entre la température du fluide de la pompe et la valeur de consigne fixée par la position du curseur de P4. Ainsi le courant de la pompe décroît quand la température du fluide décroit.
- Les circuits de commande et la régulation de la résistance de chauffage direct vont maintenant être examinés.
- Cette résistance est représentée en 16, alimentée en 220 volts alternatif aux bornes d et e, à travers un triac 15. L'électrode de commande du triac 15est connectée à une borne d'une résistance R34 dont l'autre borne est connectée d'une part à une borne d'une résistance R35 et d'autre part à l'émetteur d'un transistor pnp T4.
- Le collecteur de T4 est connecté à la borne c et sa base est connectée à l'autre borne de la résistance R35. Cette autre borne de la résistance R35 est connectée au collecteur d'un phototransistor npn T5 dont l'émetteur est relié à la borne c. La borne b est reliée à une électrode du triac 15.
- Le phototransistor T5 reçoit la lumière d'une diode électroluminescente 14 dont la cathode est connectée à la masse et dont l'anode reçoit à travers une résistance R33 le courant de trois portes NON-ET 11,12 et 13 montées en inverseurs, dont les entrées reçoivent un signal d'une quatrième porte NON-ET 10.
- L'une des entrées de la porte 10 est connectée d'une part à la borne + par une résistance R32 et d'autre part au collecteur d'un transistor npn T3 dont le collecteur est connecté à la masse et la base est connectée à la borne a par l'intermédiaire d'une résistance R31.
- L'autre entrée de la porte 10 reçoit un signal d'un amplificateur opérationnel A6 dont une des entrées est connectée à la sortie d'amplificateur A4. L'une des entrées de l'amplificateur A4 est connectée à la sortie de l'amplificateur A1 et reçoit
donc un signal proportionnel à la différence entre la température du local à chauffer et la valeur de consigne pour cette température. L'autre entrée de l'amplificateur A4 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance R24 au point commun de deux résistances R22 et R23 en série entre la borne + et la masse. Le point commun des résistances R22 et R23 est aussi connecté à travers une résistance R21 à l'anode d'une diode D4 dont la cathode est connectée à la cathode de la diode D3. - Une résistance R36 connectée entre la résistance R24 et l'entrée correspondante de l'amplificateur A4 d'une part et la sortie de cet amplificateur d'autre part, ainsi que les prises d'alimentation entre la borne + et la masse complètent les circuits de l'amplificateur A4.
- La seconde entrée de l'amplificateur A6 est connectée à l'anode d'une diode D5 dont la cathode est connectée à la gâchette d'un transistor unijonction programmable (TUP) 9. La cathode du TUP 9 est mise à la masse à travers une résistance R28 et son anode est connectée au point commun de deux résistances R29 et R30 en série entre la borne + et la masse. La seconde entrée de l'amplificateur A6 est reliée au collecteur d'un transistor pnp T2 qui est en outre relié à la masse à travers un condensateur C4. L'émetteur du transistor T2 est connecté à la borne + par l'intermédiaire d'une résistance R27. Sa base est connectée au point commun de deux résistances R25 et 26 en série entre la borne + et la masse.
- Le fonctionnement de cette partie du circuit est le suivant :
- Le circuit du TUP 9, de la diode D5 et du transistor T2 fournit une tension en dents de scie qui se superpose dans l'amplificateur A6 à la tension continue fournie par l'amplificateur A4, et permet ainsi l'amorçage du triac en fonction de l'information fournie par A4. Le circuit du transistor T3 relié à la porte 10 interdit l'amorçage du triac à un autre moment que celui du passage à zéro de la tension d'alimentation pour éviter les perturbations radio,
- Le signal délivré par A4 dépend de l'écart de la température ambiante par rapport à la valeur de consigne donnée par le potentiomètre P1 puisqu'il dépend de la valeur du signal de sortie de l'amplificateur A1. Cette valeur est comparée à la tension du diviseur R22 R23 qui introduit un décalage donné par rapport à la valeur de consigne de température du local donnée par le potentiomètre P1. La résistance 16 sera par conséquent mise en service ou arrêtée à une température du local qui diffère de la valeur de consigne de mise en route ou d'arrêt de la pompe à chaleur 5 d'une quantité qui est fixe tant que seules les résistances R22 et R23 interviennent pour fixer la tension fournie à l'amplificateur A4. Le signal à la sortie de A4 variera alors de façon continue en fonction de l'écart entre la température ambiante et la valeur de consigne donnée par le potentiomètre P1, puisque c'est ainsi que varie le signal à la sortie de l'amplificateur A1.
- Par contre si la température du fluide de pompe, déterminée par les diodes 6, est telle que le signal sortant de l'amplificateur A5 baisse, la tension de référence fournie à l'amplificateur A4 est modifiée par la diode D4 et la résistance R21, et la température d'arrêt ou de mise en service de la résistance est modifiée en conséquence, pour diminuer l'écart de la température ambiante et la température de consigne quand le fluide travaille à la température minimale, par exemple dans les périodes de grand froid.
- Si on se reporte à la figure 2, on constate que le schéma de réalisation donné à titre d'exemple en regard de la figure 3, remplit bien les fonctions décrites. Le palier du courant dans la pompe est fourni par le transistor T1.
- La fonction f<(8), correspondant à la décroissance du courant dans la pompe lorsque la température du fluide diminuée est réalisée notamment par l'amplificateur A5.
- La fonction f2(t) correspondant à la diminution du courant de la pompe lorsque la température du local croît est obtenue grâce à l'amplificateur A1.
- Enfin, le décalage des diverses courbes IRn est obtenu par le circuit de l'amplificateur A4 recevant les informations de l'amplificateur A5 (température du fluide) et de l'amplificateur A1 (température du local).
Claims (3)
δ t2 et δt3 étant des intervalles donnés de température de quelques degrés et δt2 - δ t3 étant toujours positif, et annuler l'intensité du chauffage d'appoint lorsque la valeur t1 - (δt2 - δt3) de t est atteinte, caractérisé par le fait que δ t3 est constant et que des troisièmes moyens sont prévus pour faire varier la valeur de l'intervalle δt en fonction de l'intensité du courant de la pompe à chaleur, quand celle-ci travaille dans la zone de limitation d'intensité par la température du fluide.
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